Czytelnia

Fizyka nie bada tamtego świata

Z księdzem profesorem Michałem Hellerem rozmawia Jacek Borkowicz.

JB: Czym jest kosmologia? Ta nazwa brzmi dość tajemniczo

ks. MH: Nie ma w tym nic tajemniczego. Kosmologia, nauka o Wszechświecie, jest jedną z najstarszych nauk, ale jako nauka empiryczna jest stosunkowo młoda, powstała na początku naszego stulecia. Lokuje się na pograniczu fizyki teoretycznej i astronomii. Z tej ostatniej czerpie bazę obserwacyjną, a z fizyki — teorię, przy pomocy której stara się zrekonstruować strukturę i ewolucję świata jako całości.

Mniej więcej do czasów II wojny światowej kosmologia przygotowywała pojęcia, była nauką bardziej geometryczną niż obserwacyjną. Natomiast w drugiej połowie stulecia technika obserwcyjna poszła ogromnie naprzód i równocześnie rozwinął się aparat matematyczny. Połączenie obu tych nurtów dało wspaniałe wyniki. Przede wszystkim — trochę ku zaskoczeniu samych kosmologów — potwierdziło się wtedy wiele spekulatywnych teorii i koncepcji z pierwszej połowy stulecia. W latach osiemdziesiątych uformował się tak zwany standardowy model kosmologiczny, czyli model Wielkiego Wybuchu, ekspansji Wszechświata. Lata dziewięćdziesiąte to dalszy ogromny napływ informacji obserwacyjnych. Dzięki rewolucji informatycznej powstały nowe generacje potężnych teleskopów naziemnych. Drugim wielkim osiągnięciem są misje satelitarne. Mamy na orbicie wielki teleskop Hubblea, który potrafi sięgnąć swoimi obserwacjami do 9-10 miliardów lat wstecz i zobaczyć, jak wyglądał wtedy Wszechświat. Wszystkie te obserwacje potwierdzają prawdziwość standardowego modelu kosmologicznego.

Odkąd w epoce Odrodzenia nastąpił priorytet eksperymentu, przez kilkaset lat naukowcy, którzy tworzyli modele przed ich eksperymentalną weryfikacją, byli uznawani za symbol „scholastycznego” zacofania. Teraz okazuje się, że nastąpił zwrot: najpierw wzór matematyczny, który potem potwierdza obserwacja.

Nauki przyrodnicze posługiwały się podobną metodą już w starożytnej Grecji. Ciekawie i poprawnie opisał ją Archimedes, który eksperymentował z wagą, z równią pochyłą i potem na podstawie wniosków z tych doświadczeń budował modele matematyczne, które dały początek nauce zwanej statyką. Wyniki jego badań są powtarzane praktycznie bez zmian na początku niemal każdego podręcznika fizyki.

Jeśli można mówić o zwrocie w naszych czasach, widziałbym go w zacieraniu różnicy między teorią, matematyką, a eksperymentem. Proszę sobie wyobrazić wielki akcelerator cząstek elementarnych pod Genewą (CERN): to wielka fabryka, w której pracuje kilka tysięcy ludzi. Nie dałoby się go zbudować bez pomocy zmatematyzowanej teorii. Nie wiedzielibyśmy w ogóle, do czego to ma służyć. Żebyśmy potrafili coś takiego zbudować, musimy dysponować ogromną teorią matematyczną z zakresu fizyki cząstek elementarnych. Potem wykonuje się tam różne eksperymenty, sugerowane przez teorie, ale w efekcie znowu otrzymujemy zbiór liczb albo wykresów, których bez teorii absolutnie nie potrafilibyśmy zinterpretować.

Uczony nie przypomina już Mikołaja Kopernika z obrazu Matejki, wpatrzonego w niebo z astrolabium w dłoni?

Współczesny astronom praktycznie nic okiem nie obserwuje. Jego teleskop, to skomplikowana maszyna, która zlicza fotony, przychodzące do nas z odległej galaktyki; potem komputerowo komponuje się obraz, by pokazywać go studentom lub zwiedzającym instytut wycieczkom. Naprawdę pracuje się na liczbach, wykresach i dopiero one mówią nam coś o Wszechświecie, o jego harmonii i pięknie.